BR112019011686B1 - Sistema de injeção de fluido, sistema de injeção de gás e método - Google Patents

Abstract

Um sistema inclui um sistema de injeção de fluido (20) configurado para injetar um fluido em um poço e um sensor (196), separado do sistema de injeção de fluido, em que um primeiro controlador (194) do sistema é configurado para ajustar pelo menos um parâmetro do sistema de injeção de fluido em resposta a feedback do sensor. O sistema de injeção de fluido inclui um alojamento (62) tendo um conector elétrico (96), uma entrada de fluido (86), uma saída de fluido (88) e um caminho de fluido entre a entrada de fluido e a saída de fluido, uma válvula (162) disposta ao longo do caminho de fluido e um medidor de fluxo (160) disposto ao longo do caminho de fluido.

Description

FUNDAMENTOS

[0001] Esta seção se destina a apresentar ao leitor os vários aspectos da técnica que podem estar relacionados aos diversos aspectos da presente divulgação, os quais estão descritos e/ou reivindicados a seguir. Acredita-se que esta discussão seja útil para fornecer ao leitor informação fundamental para facilitar uma melhor compreensão dos vários aspectos das presentes modalidades. Desta forma, deve-se entender que estas declarações devem ser lidas sob essa luz e não como admissões do estado da técnica.

[0002] Os poços são frequentemente usados para acessar recursos abaixo da superfície da Terra. Por exemplo, petróleo, gás natural e água são frequentemente extraídos por meio de um poço. Em certas aplicações, um ou mais fluidos (por exemplo, fluidos líquidos e/ou gasosos) podem ser injetados no poço para armazenamento e/ou recuperação aprimorada de petróleo. Por exemplo, dióxido de carbono, gás natural ou outros fluidos podem ser injetados no poço para armazenamento. Além disso, um ou mais fluidos (por exemplo, produtos químicos) podem ser injetados no poço para melhorar a saída do poço. Infelizmente, os sistemas de injeção de fluidos já existentes podem ter componentes distribuídos em vários locais fixos ao redor do poço, de modo que cada componente envolva instalação separada e pode não estar prontamente acessível ou removível para manutenção. Além disso, os sistemas existentes de injeção de fluidos podem injetar muito pouco ou muito fluido, reduzindo assim sua eficácia e/ou aumentando os custos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0003] Várias características, aspectos e vantagens da presente divulgação serão mais bem compreendidos quando a seguinte descrição detalhada for lida com referência às figuras anexas nas quais caracteres semelhantes representam partes semelhantes ao longo das figuras, em que:

[0004] FIG. 1 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um sistema de extração de recursos submarinos;

[0005] FIG. 2 é uma vista parcial em perspectiva de uma modalidade de uma árvore de Natal com um sistema de injeção de fluido;

[0006] FIG. 3 é uma vista em perspectiva explodida de uma modalidade de um receptáculo e um sistema de injeção de fluido;

[0007] injeção de fluido;

[0008] de fluido;

[0009] FIG. 6 é um esquema de uma modalidade do sistema de extração de recursos submarinos da FIG. 1, em que o sistema de injeção de fluido inclui uma válvula dosadora de gás de elevação (GLMV);

[0010] FIG. 7 é um esquema de uma modalidade do sistema de extração de recursos submarinos da FIG. 1, tendo um módulo de processo recuperável (RPM) que inclui o GLMV e um componente de medição separado;

[0011] FIG. 8 é um esquema de uma modalidade do sistema de extração de recursos submarinos da FIG. 1, tendo o GLMV e o componente de medição em estruturas separadas;

[0012] FIG. 9 é um esquema de uma modalidade do sistema de extração de recursos submarinos da FIG. 1, tendo múltiplos GLMVs acoplados de modo fluido por um coletor de distribuição de gás de elevação para auxiliar a produção de hidrocarboneto até um riser do sistema de extração de recursos submarinos para um local de superfície;

[0013] FIG. 10 é um esquema de uma modalidade do sistema de extração de recursos submarinos da FIG. 1, em que o GLMV está em comunicação com um medidor de fluxo multifásico (MPFM);

[0014] FIG. 11 é um esquema de uma modalidade do GLMV com um medidor de fluxo de área variável;

[0015] FIG. 12 é um esquema de uma modalidade do GLMV com um medidor de fluxo de venturi ou de orifício fixo;

[0016] FIG. 13 é um esquema de uma modalidade do GLMV que possui um medidor de vazão ultrassônico;

[0017] FIG. 14 é um esquema de uma modalidade do GLMV que possui um sensor de água;

[0018] FIG. 15 é um esquema de uma modalidade do sistema de extração de recursos submarinos da FIG. 1 utilizando o GLMV da FIG. 14 para injetar gás com elevação; e

[0019] FIG. 16 é um fluxograma de uma modalidade de um processo de utilização do GLMV para controlar a injeção de gás de elevação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES ESPECÍFICAS

[0020] Uma ou mais modalidades específicas da presente invenção serão descritas a seguir. Estas modalidades descritas são apenas exemplos da presente divulgação. Além disso, em um esforço para fornecer uma descrição concisa dessas modalidades exemplares, não é possível descrever todas as características de uma implementação real no relatório descritivo. Deve-se compreender que no desenvolvimento de qualquer implementação como esta, como em qualquer projeto de engenharia ou empreendimento, inúmeras decisões específicas da implementação devem ser tomadas para alcançar os objetivos específicos dos criadores, tais como conformidade com restrições relacionadas ao sistema e relacionadas ao negócio, as quais variarão de uma implementação para outra. Além disso, deve-se entender que um esforço de desenvolvimento como este pode ser complexo e demorado, mas, apesar disso, seria uma tarefa rotineira de projeto, fabricação e produção para os versados na técnica tendo o benefício desta divulgação.

[0021] A presente descrição geralmente se refere a um sistema de injeção de fluido (por exemplo, gás de elevação), como um sistema de válvula de medição de gás de elevação (GLMV), que inclui um sistema de medidor de vazão (por exemplo, um ou mais medidores de vazão), uma ou mais válvulas, uma ou mais válvulas de retenção (por exemplo, válvulas de retenção ou válvulas unidirecionais) e um controlador (por exemplo, controlador eletrônico) em um único módulo (por exemplo, módulo recuperável). Em certas modalidades, o módulo único é elétrico (por exemplo, um ou mais componentes são acionados ou alimentados por eletricidade em vez de hidráulica) e capazes de inserção e remoção de um sistema submarino de extração mineral com um veículo operado remotamente (ROV), que facilita e reduz custos para reparar, inspecionar ou substituir sistemas de injeção de fluidos. Em operação, o sistema de injeção de fluido permite a medição e o controle de fluidos usados em operações de extração mineral. Por exemplo, o sistema de injeção de fluido pode medir e controlar fluidos usados para aumentar a extração de recursos ou aumentar a vida útil de um poço. O GLMV pode ser controlado com base no feedback de um dispositivo de medição (por exemplo, MPFM) que mede as características do fluxo de saída do poço. Em algumas modalidades, o GLMV também pode ser configurado para prever quando existe um risco de formação de tampão de hidrato e tomar medidas para diminuir esse risco.

[0022] FIG. 1 representa um sistema exemplar de extração de recursos submarinos 10. Em particular, o sistema de extração de recursos submarinos 10 pode ser usado para extrair petróleo, gás natural e outros recursos relacionados de um poço 12, localizado em um assoalho submarino 14, a um ponto de extração 16 em um local de superfície 18. O ponto de extração 16 pode ser uma instalação de processamento em terra, uma plataforma offshore ou qualquer outro ponto de extração. O sistema de extração de recursos submarinos 10 também pode ser usado para injetar fluidos, como água, gás, produtos químicos, e assim por diante, no poço 12 através de um sistema de injeção de fluido subaquático 20 (por exemplo, um sistema de injeção química, como uma válvula de medição de injeção química [CIMV] ou sistema GLMV) em uma árvore de Natal 22. Em algumas modalidades, o gás de elevação pode ser injetado no fundo de uma coluna de hidrocarboneto para reduzir a densidade da coluna e melhorar a recuperação de hidrocarbonetos. O gás de elevação pode ser um gás de exportação foi capturado ou desviado, limpo e tratado de outra forma para injeção. Por exemplo, o gás de elevação pode incluir vapor de água (por exemplo, vapor), ar, dióxido de carbono ou qualquer outro gás adequado. Em algumas modalidades, o sistema de injeção de fluido removível 20 pode injetar com precisão materiais inibidores de corrosão, materiais inibidores de espuma, materiais inibidores de cera e/ou anticongelante para prolongar a vida de um poço ou aumentar a taxa de extração de recursos do poço 12. Esses fluidos podem ser injetados no poço 12 de maneira controlada por um período de tempo pelo sistema de injeção de fluido 20. Os fluidos de trabalho podem ser fornecidos ao equipamento submarino usando tubo conector flexível ou linhas umbilicais 24. O tubo conector flexível ou linhas umbilicais 24 pode incluir linhas de fornecimento de aço de polímero recorçado e de pequeno diâmetro, que são espaçadas intersticialmente em um revestimento de polímero reforçado maior.

[0023] FIG. 2 é uma vista parcial em perspectiva de uma modalidade da árvore de Natal 22 com um sistema de injeção de fluido 20. A árvore 22 acopla ao poço 12 e pode incluir uma variedade de válvulas, conexões e controles para a extração de recursos do poço 12. Como ilustrado, a árvore de Natal 22 inclui o receptáculo 40 que recebe de forma removível (por exemplo, bloqueia de maneira removível) o sistema de injeção de fluido 20. O receptáculo 40 permite a comunicação fluida e elétrica entre a árvore de Natal 22 e o sistema de injeção de fluido 20. Como será discutido em detalhe a seguir, quando ligado, o sistema de injeção de fluido 20 mede e controla o fluxo de fluido para o poço 12. Por exemplo, o sistema de injeção de fluido 20 pode injetar água, gás, materiais inibidores de corrosão, materiais inibidores de espuma, materiais inibidores de cera e/ou anticongelante para aumentar a taxa de extração mineral do poço ou prolongar a vida útil do poço. Por outro exemplo, o sistema de injeção de fluido 20 pode injetar gás de elevação para reduzir a densidade dos hidrocarbonetos, aumentando assim o fluxo de hidrocarbonetos para fora do poço 12. Novamente, esses materiais podem ser injetados no poço de maneira controlada por um período de tempo pelo sistema de injeção de fluido 20.

[0024] FIG. 3 é uma vista em perspectiva explodida de uma modalidade do receptáculo 40 capaz de receber o sistema de injeção de fluido 20. O receptáculo 40 inclui um funil de guia 50 com uma superfície anular inclinada 52 (por exemplo, uma superfície cônica) que canaliza e alinha o sistema de injeção de fluido 20 durante a conexão com a árvore de Natal 22. Especificamente, o funil de guia 50 muda gradualmente de diâmetro a partir de uma primeira extremidade anular 54 com um diâmetro 56 para uma segunda extremidade anular 58 com um diâmetro 60. As diferenças nos diâmetros 56 e 60 definem o ângulo ou a inclinação da superfície inclinada 52. Como ilustrado, o funil de guia 50 se acopla a um invólucro de receptáculo 62 (por exemplo, um invólucro de receptáculo anular) com parafusos 64. Quando acoplada, a superfície inclinada 52 do funil de guia 50, alinha e canaliza o sistema de injeção de fluido 20 axialmente para dentro do invólucro do receptáculo 62. Em algumas modalidades, o funil de guia 50 pode se acoplar à árvore de Natal 22. Por exemplo, a segunda extremidade 58 do funil de guia 50 pode incluir uma flange anular 66 com aberturas 68. A flange 66 pode receber parafusos através das aberturas 68 que acoplam o funil de guia 50 à árvore de Natal 22.

[0025] Acoplado ao funil de guia 50 encontra-se o invólucro do receptáculo 62. O invólucro do receptáculo 62 recebe e fixa o sistema de injeção de fluido 20 entre uma primeira extremidade axial 70 e uma segunda extremidade axial 72. Como ilustrado, a primeira extremidade 70 acopla ao funil de guia 50, enquanto a segunda extremidade 72 acopla a um corpo de receptáculo 74. De modo a se ligar ao corpo do receptáculo 74, a segunda extremidade 72 do invólucro do receptáculo 62 se liga a uma flange de ligação anular 76 no corpo do receptáculo 74. Mais especificamente, a segunda extremidade 72 da caixa do receptáculo 62 inclui uma disposição anular de aberturas 78 que corresponde a uma disposição anular de aberturas 80 na flange de ligação 76. As aberturas 78 e 80 permitem aos parafusos 82 acoplar o invólucro do receptáculo 62 à flange de ligação 76. Quando acoplada, uma primeira extremidade 84 do corpo do receptáculo 74 se projeta para a cavidade 85 do invólucro 62 do receptáculo para ligação ao sistema de injeção de fluido 20. Como ilustrado, a primeira extremidade 84 do corpo do receptáculo 74 inclui uma entrada de fluido 86 (por exemplo, entrada química ou entrada de gás), uma saída de fluido 88 (por exemplo, saída de produto químico ou saída de gás) e um receptáculo de pino de guia 89. A entrada de fluido 86 e a saída de fluido 88 se acoplam de modo fluido às correspondentes ligações flangeadas 90 e 92 em uma segunda extremidade 94 do corpo do receptáculo 74. As ligações flangeadas 90 e 92 se acoplam de modo fluido o receptáculo 40 à árvore de Natal 22, permitindo ao sistema de injeção de fluido 20 controlar a injeção de fluido (por exemplo, injeção química) do ponto de extração 16 no poço 12. Além disso, o receptáculo 40 pode fornecer sinais de energia e controle ao sistema de injeção de fluido 20 através do conector elétrico 96. O conector elétrico 96, por sua vez, recebe sinais de energia e de controle acoplando a árvore de Natal 22 com um ou mais cabos através de uma abertura na base do invólucro 62 do receptáculo.

[0026] Na modalidade ilustrada, o sistema de injeção de fluido 20 é um módulo 99 capaz de ser inserido e retirado do receptáculo 40 com um veículo operado remotamente (ROV). A capacidade de remover e inserir o sistema de injeção de fluido 20 com um ROV facilita a substituição ou reparo sem o uso de uma ferramenta de operação e os custos associados. Como ilustrado, o sistema de injeção de fluido 20 inclui uma alça de tração excessiva 100 e uma caçamba de torque de veículo operado remotamente (ROV) 102 para o acoplamento e remoção do sistema de injeção de fluido 20. A caçamba de ROV 102 é acoplada a um mecanismo de bloqueio 104 que fixa o sistema de injeção de fluido 20 dentro do invólucro do receptáculo 62. Mais especificamente, o mecanismo de bloqueio 104 fixa o sistema de injeção de fluido 20 com grampos radialmente móveis 106 que encaixam na ranhura 108 no invólucro do receptáculo 62. Os grampos 106 são capazes de se estender radialmente e se retrair radialmente para longe da ranhura 108, permitindo que o sistema de injeção de fluido 20 seja removido/acoplado ao receptáculo 40. Em operação, um ROV ativa ou desativa o mecanismo de bloqueio 104, engatando um eixo rotativo dentro da caçamba de ROV 102.

[0027] Acoplado ao mecanismo de bloqueio 104 está um alojamento 109, tal como um invólucro cilíndrico ou anular. Como ilustrado, o mecanismo de bloqueio 104 se liga ao alojamento 109 com os parafusos 110. O alojamento 109 pode conter múltiplos componentes que medem e controlam o fluxo de fluido através do sistema de injeção de fluido 20 e acoplam o sistema de injeção de fluido 20 ao receptáculo 40. Para facilitar o alinhamento e o acoplamento, o sistema de injeção de fluido 20 inclui uma saia de guia 112 (por exemplo, uma saia guia anular). A saia de guia 112 se liga ao alojamento 109 com os parafusos 114. Na modalidade ilustrada, a saia de guia 112 inclui uma ranhura axial 116 que alinha e engata uma chave de guia 118 no corpo do receptáculo 74. Mais especificamente, à medida que o sistema de injeção de fluido 20 se move na direção axial 120, a saia de guia 112 permite que o sistema de injeção de fluido 20 gire e se alinhe à medida que a fenda 116 engata a chave de guia 118, desse modo alinhando circunferencialmente o fluido e as conexões elétricas 86, 88 e 96). Em algumas modalidades, a ranhura 116 pode incluir uma porção de ranhura axial 122 e uma porção de ranhura convergente 124. Em funcionamento, a poro da ranhura convergente 124 auxilia no alinhamento circunferencial da chave de guia 118 com a porção da ranhura axial 122. Desta forma, à medida que o alojamento 109 se move axialmente na direção 120, a ranhura 116 permite o alinhamento circunferencial do alojamento 109 com o corpo do receptáculo 74. O alinhamento circunferencial do sistema de injeção de fluido 20 com o receptáculo 40 permite o acoplamento fluido e elétrico entre o corpo do receptáculo 74 e o sistema de injeção de fluido 20.

[0028] FIG. 4 é uma vista inferior do sistema de injeção de fluido 20. Como ilustrado, o sistema de injeção de fluido 20 inclui um conector elétrico 140, um acoplador de entrada de fluido 142, um acoplador de saída de fluido 144 e um pino de guia axial 146. Como explicado anteriormente, o engate da ranhura 116 com a chave de guia 118 alinha de modo circunferencial (por exemplo, rotacionalmente em torno do eixo do) o sistema de injeção de fluido 20 com o corpo do receptáculo 74. Em algumas modalidades, o sistema de injeção de fluido 20 também pode incluir o pino de guia 146 que é acoplado ao receptáculo do pino de guia 89 para facilitar o alinhamento radial ou lateral do conector elétrico 140, do acoplador de fluido 142 e do acoplador de fluido 144. O alinhamento radial permite que o conector elétrico 96 se acople eletricamente ao conector elétrico 140, removivelmente na direção axial e aos acopladores de fluido 142 e 144 para acoplarem a entrada de fluido 86 e a saída de fluido 88 removivelmente na direção axial. A conexão removível entre os conectores elétricos 96 e 140 permite que o sistema de injeção de fluido 20 receba energia, dados e sinais elétricos para controlar e energizar componentes dentro do sistema de injeção de fluido 20 para controlar e medir o fluxo de fluido. Em algumas modalidades, o sistema de injeção de fluido 20 pode se comunicar e receber instruções de um ou mais controladores externos (por exemplo, um controlador do sistema de extração mineral) localizados na árvore de Natal 22, em uma plataforma na superfície ou em um ponto de extração 16 . Além disso, em algumas modalidades, o sistema de injeção de fluido 20 pode se comunicar e receber feedback de um ou mais sensores distribuídos ao longo do sistema de extração mineral 10, por exemplo, o poço 12, o ponto de extração 16, a árvore 22 ou qualquer lugar ao longo do fluxo caminho do fluido de produção ou fluido de injeção. Os sensores podem fornecer a realimentação diretamente ao sistema de injeção de fluido 20 (por exemplo, um controlador interno), controladores externos ou uma combinação dos mesmos. Os sensores podem incluir sensores de pressão, sensores de temperatura, sensores de vazão, sensores de composição de fluido, sensores de conteúdo de umidade, sensores de densidade de fluido, sensores de viscosidade de fluido ou qualquer combinação destes. O feedback desses sensores pode ajudar a melhorar o controle do sistema de injeção de fluido 20, ajudando assim a controlar a injeção de fluido (por exemplo, vazão, composição do fluido injetado, pressão, temperatura, etc. ) no poço 12 para melhorar a recuperação de Além disso, a conexão axial removível entre o acoplador de entrada de fluido 142 e a entrada de fluido 86 do corpo do receptáculo 74, e o acoplador de saída de fluido 144 e a saída de fluido 88 do corpo do receptáculo 74 permite que fluido (por exemplo, uma ou mais substâncias químicas) flua entre a árvore de Natal 22 e o sistema de injeção de fluido 20.

[0029] FIG. 5 é um diagrama de blocos do sistema de injeção de fluido 20 que pode incluir um sistema de medidor de fluxo 160, uma válvula ajustável 162 e uma válvula de não retorno 164 dentro de um único módulo removível 166. Como explicado anteriormente, o sistema de injeção de fluido 20 é capaz de inserção e remoção com um ROV, reduzindo assim os custos e a dificuldade associada ao uso de uma ferramenta de execução. Em operação, o sistema de injeção de fluido 20 mede e controla o fluxo de um fluido 168 (por exemplo, água, gás, produtos químicos) para o sistema de extração de recursos submarinos 10. Por exemplo, o fluido 168 pode incluir um gás de elevação (por exemplo, vapor de água, ar, dióxido de carbono, gás hidrocarboneto, etc. ) configurado para reduzir a densidade dos hidrocarbonetos (por exemplo, óleo ou gás) no poço 12, aumentando assim fluxo dos hidrocarbonetos fora do poço 12. Esses fluidos 168 podem auxiliar na extração do recurso mineral ou aumentar a vida útil do poço 12. Depois de acoplar de modo fluido o módulo 166 a uma árvore de Natal 22 ou outro equipamento de extração mineral, o fluido 168 entra no sistema de injeção de fluido 20 através do acoplador de entrada de fluido 142. Como ilustrado, o acoplador de entrada de fluido 142 pode incluir uma válvula de não retorno 164 (por exemplo, uma válvula unidirecional, uma válvula de retenção, etc. ) que permite o fluxo de fluido no sistema de injeção de fluido 20, mas bloqueia o fluxo reverso de fluido fora do sistema de injeção de fluido 20.

[0030] Depois de passar através do acoplador de entrada de fluido 142 (por exemplo, um plugue macho, conector de encaixe por pressão, etc. ), o fluido 168 entra no sistema de medidor de fluxo 160. O sistema de medidor de vazão 160 pode incluir um sistema de medidor de vazão não intrusivo, tal como um sistema de medidor de fluxo de ondas de pressão ou um sistema de medidor de vazões de ondas acústicas (por exemplo, um sistema de medidor de fluxo ultrassônico). No sistema de medidor de vazão 160 (por exemplo, um sistema de medidor de vazão primário), um ou mais transdutores não intrusivos 170 (por exemplo, transdutores ultrassônicos) medem o fluxo de fluido no sistema de injeção de fluido 20. Os transdutores ultrassônicos 170 medem as velocidades de fluxo enviando e recebendo rapidamente ondas (por exemplo, ondas de pressão, som e/ou ultrassom) que viajam através do fluido 168. Um controlador 172 (isto é, um controlador de sistema de injeção de fluido) se liga ao sistema de medidor de fluxo 160 e recolhe os tempos de transmissão e recepção pelos transdutores ultrassônicos 170. O controlador 172 calcula então como as ondas ultrassônicas mudam através do fluido 168, permitindo ao controlador 172 calcular alterações no fluxo do fluido. Por exemplo, o controlador 172 pode incluir um processador 174 e memória 176, que o controlador 172 utiliza para determinar uma vazão volumétrica, uma vazão de massa, um volume ou uma massa com base em um sinal do sistema de medidor de vazão 160. O controlador 172 também pode regular ou controlar um ou mais destes parâmetros com base no sinal do medidor de fluxo 160 sinalizando um atuador de válvula 178 para ajustar a válvula ajustável 162. Para este fim, o controlador 172 pode incluir software e/ou circuitos configurados para executar uma rotina de controle. Em algumas modalidades, a rotina de controle e/ou dados baseados em um sinal do medidor de fluxo 160 pode ser armazenada na memória 176 ou em outro meio legível por computador. Em algumas modalidades, o controlador 172 (isto é, um controlador interno do sistema de injeção de fluido) pode se comunicar e receber instruções de um ou mais controladores externos 194 (por exemplo, um controlador do sistema de extração mineral) localizado na ou na árvore de Natal 22, o poço 12, o ponto de extração 16 ou em qualquer lugar ao longo do caminho de fluxo do fluido de produção e/ou fluido de injeção.

[0031] Em algumas modalidades, o sistema de injeção de fluido 20 também pode incluir um sensor ou sistema transdutor 180 tendo um ou mais transdutores ou sensores, tais como primeiro e segundo sensores ou transdutores 182 e 184. Os transdutores 182 e 184 podem incluir primeiro e segundo transdutores de pressão, sensores de composição de fluido, sensores de conteúdo de umidade, sensores de densidade de fluido, sensores de viscosidade de fluido, sensores de temperatura ou qualquer combinação dos mesmos. Na modalidade ilustrada, o sistema de transdutor 180 inclui um sistema de transdutor de pressão (por exemplo, sistema de medidor de fluxo secundário) que permite medições adicionais, redundantes ou de backup (por exemplo, medições de vazão). O sistema de transdutor de pressão 180 inclui um primeiro transdutor de pressão 182 e um transdutor de pressão secundária 184 para medir as pressões de fluido em diferentes locais no sistema de injeção de fluido 20. Como ilustrado, o primeiro transdutor de pressão 182 permite medições de pressão do fluido 168 antes do fluido passar através da válvula ajustável 162, enquanto o segundo transdutor de pressão 184 mede a pressão depois do fluido 168 passar através da válvula ajustável 162. O controlador 172 compara as pressões sentidas pelos transdutores de pressão 182 e 184 utilizando valores conhecidos sobre o fluido e a posição da válvula, para calcular a vazão do fluido através do sistema de injeção de fluido 20. Dependendo da modalidade, o sistema de injeção de fluido 20 pode usar o sistema de vazão 160 e o sistema de transdutor de pressão 180 simultânea ou separadamente para medir a vazão do fluido 168.

[0032] Como explicado anteriormente, o controlador 172 regula ou controla a vazão com base nos sinais do sistema de medidor de fluxo 160 e/ou do sistema de transdutor de pressão 180. Em funcionamento, o controlador 172 utiliza os sinais para exercer o controle de realimentação do fluxo de fluido através da válvula ajustável 162 com o atuador de válvula 178. Por exemplo, o controlador 172 pode transmitir um sinal de controle para o atuador de válvula 178. O conteúdo do sinal de controle pode ser determinado por, ou baseado em, uma comparação entre um parâmetro de vazão (por exemplo, uma vazão volumétrica, uma vazão mássica, um volume ou uma massa) medida pelo sistema de medidor de vazão 160 ou sistema de transdutor de pressão 180 e um valor de parâmetro de fluxo desejado. Por exemplo, se o controlador 172 determinar que a vazão através do sistema de injeção de fluido 20 é menor do que uma vazão desejada, o controlador 172 pode sinalizar o atuador de válvula 178 para abrir a válvula ajustável 162 a alguma distância. Em resposta, um motor 186 pode acionar uma caixa de redução 188 e a caixa de redução 188 pode transmitir movimento de rotação do motor 186 para movimento linear ou rotacional da válvula ajustável 162. Como resultado, em algumas modalidades, a vazão através da válvula ajustável 162 pode aumentar à medida que a válvula ajustável 162 abre. Alternativamente, se o controlador 172 determinar que a vazão (ou outro parâmetro de fluxo) através do sistema de injeção de fluido 20 é maior que uma vazão desejada (ou outro parâmetro de fluxo), o controlador 172 pode sinalizar o atuador de válvula 178 para fechar a válvula ajustável 162 a alguma distância, diminuindo assim a vazão. Em outras palavras, o controlador 172 pode sinalizar o atuador de válvula 178 para abrir ou fechar a válvula ajustável 162 a alguma distância com base em um parâmetro de fluxo detectado pelo medidor de fluxo 160 ou pelo sistema de transdutor de pressão 180.

[0033] O controlador 172 pode monitorar e controlar a posição da válvula ajustável 162 com sinais recebidos de um sensor de posição 190 e/ou um sensor de rotação de eixo 192. Como ilustrado, o sensor de posição 190 se acopla à válvula ajustável 162 e o sensor de rotação do eixo 192 se liga ao atuador 178. Nesta disposição, o sensor de posição 190 provê feedback de posição ao controlador 172 com base no movimento real da válvula ajustável 162. Ao contrário, o sensor de rotação da eixo 192 provê um feedback indireto de posição da válvula ajustável 162 detectando a mudança de posição do atuador 178. Em outras palavras, o sensor de rotação da eixo 192 fornece sinais ao controlador 172 que indicam o movimento do atuador 178, que o controlador 172 utiliza então para determinar o movimento da válvula ajustável 162. A combinação do sensor de posição 190 e do sensor de rotação do eixo 192 provê ao controlador 172 informação de posição redundante ou informação de posição de retenção da válvula ajustável 162, permitindo ao controlador 172 controlar o fluxo de fluido através do sistema de injeção de fluido 20. Depois de passar através da válvula ajustável 162, o fluido 168 sai do sistema de injeção de fluido 20 através de um acoplador de saída de fluido 144 (por exemplo, um plugue macho, conector de encaixe, etc. ) para uso pelo sistema de extração de recursos submarinos 10. Em algumas modalidades, o acoplador de saída de fluido 144 inclui uma válvula de não retorno 164 (por exemplo, uma válvula unidirecional, uma válvula de retenção, etc. ) que bloqueia o fluxo reverso do fluido 168 no sistema de injeção de fluido 20.

[0034] Na modalidade ilustrada, o sistema de injeção de fluido 20 pode ser acoplado de forma comunicativa a um ou mais controladores externos 194 (por exemplo, controladores eletrônicos com processadores 193 e memória 195) e um ou mais sensores externos 196 através do conector elétrico 140 e/ou de circuito de comunicações sem fios. Como discutido a seguir, cada um dos controladores externos 194 pode ser configurado para receber o feedback do sensor dos sensores externos 196 e do sistema de injeção de fluido 20 e cada um dos controladores externos 194 pode ser configurado para controlar o sistema de injeção de fluido 20 através do controlador interno 172) com base no feedback do sensor. Em algumas modalidades, um ou mais dos controladores externos 194 podem ser um controlador principal, enquanto o controlador interno 172 pode ser um controlador escravo, ou vice-versa. Em algumas modalidades, um ou mais dos controladores externos 194 podem ser um controlador redundante, que pode assumir o controle do sistema de injeção de fluido 20 no caso de qualquer problema com o controlador interno 172 ou outros componentes internos do sistema de injeção de fluido 20. Em algumas modalidades, um ou mais controladores externos 194 e o controlador interno 172 podem representar um sistema de controle distribuído, que pode coletiva e cooperativamente controlar a operação do sistema de injeção de fluido 20 com base na realimentação do sensor dos sensores externos 196 e sensores internos (por exemplo, 160 e 180). Consequentemente, um ou mais dos controladores externos 194 podem controlar o sistema de injeção de fluido 20 (por exemplo, através do controlador interno 172) da maneira descrita em detalhe anteriormente (por exemplo, para controlar a posição da válvula ajustável 162 para ajustar a vazão de fluido de injeção 168) com base no feedback do sensor interno e/ou externo (por exemplo, 160, 180 e/ou 196). Além disso, o controlador interno 172 pode analisar o feedback interno e/ou externo do sensor (por exemplo, 160, 180 e/ou 196) e então fazer ajustes na vazão do fluido de injeção 168 por meio do controle da válvula ajustável 162. Por exemplo, o feedback do sensor (por exemplo, 160, 180 e/ou 196) pode incluir medições de sensor de vazão, pressão, temperatura, densidade do fluido, viscosidade do fluido, composição do fluido, umidade ou teor de água ou qualquer combinação dos mesmos. Por outro exemplo, se o feedback do sensor (por exemplo, 160, 180 e/ou 196) indica uma densidade de fluido acima de um limiar de densidade superior ou abaixo de um limiar de densidade mais baixa, então o controlador 172 e/ou 194 pode controlar a válvula ajustável 162 para aumentar ou diminuir a vazão do fluido de injeção 168, ajudando assim a conseguir uma densidade de fluido desejada entre os limiares de densidade superior e inferior. Mais uma vez, a densidade do fluido pode corresponder ao fluido de produção em qualquer localização ao longo do caminho do fluxo, tal como o ponto de extração 16, o poço 12, a árvore 22 ou qualquer outro local. Deste modo, o sistema de injeção de fluido 20 pode fornecer uma quantidade adequada do fluido de injeção 168, o que melhora a recuperação de hidrocarbonetos, reduz o desperdício do fluido de injeção 168 e reduz os custos associados.

[0035] FIG. 6 é um esquema de uma modalidade do sistema de extração de recursos submarinos 10 da FIG. 1, em que o sistema de injeção de fluido 20 inclui uma válvula de medição de gás de elevação 20 (GLMV) usada para gás de elevação. Em certas modalidades, o GLMV 20 pode incluir qualquer um ou todos os componentes mostrados nas FIGS. 1 a 5, tal como o sistema de medidor de vazão 160 que tem transdutores 170, a válvula ajustável 162 acionada pelo atuador 178, o sistema transdutor 180 tendo os transdutores 182 e 184, a válvula antirretorno 164 e o controlador 172. Como mostrado, o fluido de injeção (por exemplo, gás) 168 a ser injetado pode ser recebido pelo GLMV 20 a partir do cordão umbilical 24 através da entrada de fluido 86. O GLMV 20, através da válvula 162, pode emitir gás 168 através da saída de fluido 88. O gás 168 pode fluir através de uma passagem 200 (por exemplo, uma passagem anular) disposta, ou adjacente à, coluna de hidrocarboneto 202, em uma direção 204 em direção a uma extremidade inferior 206 da coluna de hidrocarboneto 202. A adição de gás 168 à extremidade inferior 206 da coluna de hidrocarbonetos 202 pode aliviar a coluna de hidrocarbonetos 202, ou reduzir a sua densidade, permitindo ou aumentando assim o fluxo da coluna de hidrocarbonetos 202 em uma direção 208 para cima em direção ao chão 14, aumentando assim a taxa de extração. Na modalidade ilustrada, o GLMV 20 pode ser alimentado e controlado eletricamente (por exemplo, energia elétrica para os componentes 160, 162, 172, 178 e 180), em vez de depender de sistemas hidráulicos (por exemplo, para acionar a válvula 162). Assim, em certas modalidades, o GLMV 20 pode ser um GLMV 20 totalmente elétrico. Além disso, o GLMV 20 pode ser recuperado por um ROV ou ferramenta.

[0036] Na modalidade ilustrada, o controlador externo 194 é acoplado à árvore 22 separada do GLMV 20, que possui seu próprio controlador interno 172. Os sensores externos 196 são distribuídos por todo o sistema 10 em múltiplos locais na árvore 22, no poço 12 e no ponto de extração 16. Como discutido anteriormente, os sensores externos 196 podem ser configurados para monitorar as condições e a produção do poço 12, tais como a densidade, vazão, pressão, temperatura, viscosidade e outras características de fluido do fluido de produção (por exemplo, coluna de hidrocarboneto 202) fluindo do ponto de extração 16. Com base neste feedback, o controlador 172 e/ou 194 pode ser configurado para ajustar a vazão do fluido de injeção 168 (por exemplo, gás) através do GLMV 20 para o poço 12 (por exemplo, através do controle da válvula ajustável 162) ajustar a densidade e a vazão do fluido de produção (por exemplo, coluna de hidrocarbonetos 202) para fora do poço 12. Por exemplo, o controlador 172 e/ou 194 podem usar o feedback do sensor (por exemplo, dos sensores 196) para controlar a válvula ajustável 162 para fornecer um fluxo adequado de gás 168 para manter as características (por exemplo, densidade e/ou vazão) do fluido de produção (por exemplo, coluna de hidrocarbonetos 202) dentro dos limites superior e inferior.

[0037] FIG. 7 é um esquema de uma modalidade do sistema de extração de recursos submarinos 10 da FIG. 1, que tem um módulo de processo recuperável (RPM) 250 que inclui o GLMV 20 que age como um estrangulador de gás em linha totalmente elétrico e um componente de medição separado 252. Como ilustrado, o sistema de extração inclui o RPM 250 que pode ser removível da árvore 22 por meio de um ROV ou ferramenta. O RPM 250 pode incluir o GLMV 20 e o componente de medição 252. Em certas modalidades, o GLMV 20 e o componente de medição 252 podem ser componentes integrantes do RPM 250, de tal modo que o RPM 250 como um todo seja recuperável enquanto o GLMV 20 e o componente de medição 252 não são recuperáveis independentemente. Em algumas modalidades, o GLMV 20 e o componente de medição 252 podem ser componentes recuperáveis independentemente (por exemplo, removíveis) do RPM 250, tal que a RPM 250 como um todo seja recuperável enquanto o GLMV 20 e o componente de medição 252 também sejam recuperados independentemente. O componente de medição 252 pode incluir um venturi monofásico, como mostrado na FIG. 7, mas também pode incluir um dispositivo de medição ultrassônico, um dispositivo de medição de área variável ou outro dispositivo de medição. Como ilustrado, o componente de medição 252 inclui uma pluralidade de sensores ou transdutores 254 ao longo de um caminho de fluxo (por exemplo, caminho de gás), que pode incluir uma passagem ou porção convergente, uma porção restrita de passagem ou garganta e uma passagem ou porção divergente. O componente de medição 252 pode ser incluído no RPM 250, porque o componente de medição 252 pode fornecer recursos redundantes, mais precisos e/ou diferentes que o GLMV 20.

[0038] Como mostrado, um gás 168 a ser injetado pode ser recebido pelo dispositivo de medição 252 do cordão umbilical 24. O dispositivo de medição 252 pode medir a vazão volumétrica, a vazão de massa, a temperatura, a pressão, a viscosidade ou uma combinação destes. O GLMV 20 pode receber o gás 168 na entrada de fluido 86 e regular o fluxo de gás através do GLMV 20. Especificamente, o GLMV 20, através da válvula 162 mostrada na FIG. 5, pode emitir gás 168 através da saída de fluido 88. O gás 168 pode fluir através da passagem 200 (por exemplo, uma passagem anular) disposta, ou adjacente à, coluna de hidrocarboneto 202, na direção 204 em direção à extremidade inferior 206 da coluna de hidrocarboneto 202. A adição de gás 168 à extremidade inferior 206 da coluna de hidrocarbonetos 202 pode reduzir a densidade da coluna de hidrocarbonetos 202, aumentando assim o fluxo da coluna de hidrocarbonetos 202 em uma direção 208 para cima em direção ao chão 14, aumentando assim a taxa de extração. Na modalidade ilustrada, o RPM 250 (por exemplo, incluindo o GLMV 20 e/ou o componente de medição 252) pode ser alimentado e controlado eletricamente (por exemplo, energia elétrica para os componentes 160, 162, 172, 178, 180 e 252), em vez de confiar na hidráulica (por exemplo, para acionar a válvula 162). Assim, em certas modalidades, o RPM 250 pode ser um RPM 250 totalmente elétrico.

[0039] Na modalidade ilustrada, o RPM 250 inclui um controlador interno 251 (por exemplo, incluindo um processador e memória) acoplado ao componente de medição 252 e ao GLMV 20. A modalidade ilustrada também inclui o controlador externo 194 acoplado à árvore 22 separado do RPM 250 que possui seu próprio controlador interno 251 e o controlador interno 172 no GLMV 20. Os sensores externos 196 são distribuídos por todo o sistema 10 em múltiplos locais na árvore 22, no poço 12 e no ponto de extração 16. Como discutido anteriormente, os sensores externos 196 podem ser configurados para monitorar as condições e a produção do poço 12, tais como a densidade, vazão, pressão, temperatura, viscosidade e outras características de fluido do fluido de produção (por exemplo, coluna de hidrocarboneto 202) fluindo do ponto de extração 16. Com base neste feedback, o controlador 172, 194 e/ou 251 pode ser configurado para ajustar a vazão do fluido de injeção 168 (por exemplo, gás) através do GLMV 20 para o poço 12 (por exemplo, através do controle da válvula ajustável 162 e/ou outra válvula ajustável no RPM 250), ajustando assim a densidade e a vazão do fluido de produção (por exemplo, coluna de hidrocarbonetos 202) para fora do poço 12. Por exemplo, o controlador 172, 194 e/ou 251 podem usar o feedback do sensor (por exemplo, dos sensores 196) para controlar a válvula ajustável 162 e/ou outra válvula ajustável no RPM 250 para fornecer um fluxo adequado de gás 168 para manter as características (por exemplo, densidade e/ou vazão) do fluido de produção (por exemplo, coluna de hidrocarbonetos 202) dentro dos limites superior e inferior.

[0040] FIG. 8 é um esquema de uma modalidade do sistema de extração de recursos submarinos 10 das FIGS. 1 e 7, tendo um GLMV 20 que age como um estrangulador de gás em linha totalmente elétrico e um componente de medição 252 em estruturas separadas. Na modalidade ilustrada, o componente de medição 252 é um venturi de fase única disposto em um coletor 300. Em algumas modalidades, o dispositivo de medição 252 pode incluir um dispositivo de medição ultrassônico, um dispositivo de medição de área variável ou outro dispositivo de medição. Adicionalmente, o dispositivo de medição 252 pode ser disposto em outros componentes a montante da árvore 22. O dispositivo de medição 252 é acoplado de modo fluido ao GLMV 20 através de um tubo conector de gás de elevação 302. Como descrito anteriormente, o componente de medição 252 pode medir uma característica do fluxo de gás (por exemplo, vazão volumétrica, vazão mássica, temperatura, pressão, densidade, viscosidade, presença de água etc. ). O GLMV 20 pode então restringir o fluxo de gás no poço 12. Em certas modalidades, o distribuidor 300 tem um controlador 301 acoplado ao dispositivo de medição 252, em que os controladores 194, 172 e 301 podem ser configurados para receber feedback dos sensores 196 (ver FIG. 7) em todo o sistema 10 e controle (por exemplo, independente ou cooperativamente) o fluxo de gás através da válvula ajustável 162 do GLMV 20 como discutido em detalhe anteriormente.

[0041] FIG. 9 é um esquema de uma modalidade do sistema de extração de recursos submarinos 10 da FIG. 1, tendo múltiplos GLMVs 20 acoplados de modo fluido por um coletor de distribuição de gás de elevação 350 para auxiliar a produção de hidrocarboneto até um ponto de extração 16 do sistema de extração de recursos submarinos 10 para um local de superfície 18 (por exemplo, embarcação ou plataforma flutuante de armazenamento e descarga de produção). Como ilustrado, o gás é bombeado do ponto de extração 16 (por exemplo, plataforma ou navio) na superfície 18 para o chão 14 através do cordão umbilical 24. O coletor de distribuição de gás de elevação 350 no ou perto do piso 14 pode ter múltiplos GLMV 20, que podem ou não ser removíveis e recuperáveis. O coletor de distribuição de gás de elevação 350 pode distribuir o fluxo de gás do cordão umbilical 24 para os vários GLMVs 20, que podem controlar o fluxo de gás para um ou mais poços 12 ou injetar o gás de elevação na base dos risers de produção para auxiliar a produção do hidrocarboneto subindo o riser através da coluna de água até ao ponto de extração de um navio ou plataforma flutuante de armazenamento e descarga de produção (FPSO) 16. Em certas modalidades, o coletor 350 inclui um controlador 352 (por exemplo, incluindo um processador e memória) acoplado aos GLMVs 20, em que os controladores 194, 172 e 352 podem ser configurados para receber retorno dos sensores 196 (ver FIG. 7) ao longo do sistema 10 e controle (por exemplo, independente ou cooperativamente) o gás flui através das válvulas ajustáveis 162 dos GLMVs 20, como discutido em detalhe anteriormente. Ao substituir um estrangulador de gás de elevação e medidor de vazão por um GLMV 20, a injeção de gás de elevação pode ser simplificada.

[0042] FIG. 10 é um esquema de uma modalidade do sistema de extração de recursos submarinos 10 da FIG. 1, em que o GLMV 20 está em comunicação com um dispositivo de medição 252 (por exemplo, medidor de fluxo multifásico ou MPFM). Como ilustrado, o fluido de produção (por exemplo, hidrocarbonetos ou coluna de hidrocarbonetos 202) flui para cima para uma série de válvulas 400, como indicado pela seta 208, e depois passa através do MPFM 252, como indicado pela seta 402. O MPFM 252 pode medir uma ou mais características (por exemplo, vazão, temperatura, pressão, viscosidade, densidade, etc. ) de múltiplas fases (por exemplo, gás, líquido e partículas sólidas) do fluido de produção, que é subsequentemente um tubo conector ou saída como indicado pela seta 404. O MPFM 252 pode medir os constituintes do fluxo (por exemplo, a relação água-gás) e a vazão e composição desses constituintes. O MPFM 252 pode estar em comunicação eletrônica com o GLMV 20 e o controlador externo 194. Por exemplo, as leituras do MPFM 252 podem ser passadas para o GLMV 20 e o controlador externo 194. Com base em uma ou mais características medidas, o GLMV 20 pode restringir ou permitir o fluxo de gás de elevação 168 para a extremidade inferior 206 da coluna 202.

[0043] Um módulo de controle submarino (SCM) 406, que pode incluir o controlador externo 194, pode ser configurado para receber sinais do MPFM 252 e para passar esses sinais para o GLMV 20 ou para gerar sinais de controle e transmitir esses sinais para o GLMV 20. As especificidades da operação do SCM 406 serão descritas com mais detalhes em relação às FIGS. 15 e 16.

[0044] A modalidade mostrada na FIG. 10 pode ser usada para melhorar as operações de gás de elevação. O gás de elevação 168 pode ser comprado a um custo ou desviado da exportação, reduzindo assim a produção. Com base nos constituintes do fluido de produção 402 e na taxa de produção do fluido de produção 402, pode-se determinar se existe muito ou pouco gás de elevação 168 no fluido de produção 402. Com base nesta determinação, o GLMV 20 pode ser controlado para aumentar ou diminuir o gás de elevação 168 injetado na coluna 202. Por exemplo, o excesso de gás de elevação 168 em um poço que já excede a produção esperada pode levar à erosão devido às velocidades mais altas na fase gasosa. Muito pouco gás de elevação 168 pode reduzir a produção. Por exemplo, o gás de elevação 168 pode ser injetado na coluna 202 a uma taxa elevada, a fim de obter um poço 12 fluindo. Uma vez que um poço 12 esteja fluindo, a taxa de injeção de gás de elevação 168 pode ser reduzida ou interrompida até que a produção do poço 12 caia abaixo da produção esperada. Desta maneira, em determinadas modalidades, o controlador 172 e/ou 194 (por exemplo, de SCM 406) podem usar o feedback do sensor (por exemplo, dos sensores 196 e MPFM 252) para controlar a válvula ajustável 162 no GLMV 20 para fornecer um fluxo adequado de gás 168 para manter as características (por exemplo, densidade e/ou vazão) do fluido de produção 402 (por exemplo, coluna de hidrocarbonetos 202) dentro dos limites superior e inferior.

[0045] As FIGS. 11 a 13 ilustram várias modalidades do GLMV 20 utilizando várias técnicas de medição de fluido. FIG. 11 é um esquema de uma modalidade do GLMV 20 com um medidor de fluxo de área variável 450. Um medidor de vazão de área variável 450 mede o fluxo de fluido permitindo que a área da seção transversal do percurso do fluxo varie em resposta à vazão, causando algum efeito mensurável que indica a vazão. Como ilustrado, o GLMV 20 inclui uma válvula ajustável 162 (por exemplo, válvula de estrangulamento) e um sensor de posição 190 para determinar a posição da válvula de estrangulamento 162. Um primeiro sensor de pressão 182 pode ser disposto a montante da válvula de estrangulamento 162 e um segundo sensor de pressão 184 pode estar disposto a jusante da válvula de estrangulamento 162. A vazão através do GLMV 20 pode ser determinada com base na diferença nas leituras de pressão entre os dois sensores de pressão 182, 184 se o coeficiente de fluxo Cv e a gravidade específica SG do gás de elevação forem conhecidos.

[0046] FIG. 12 é um esquema de uma modalidade do GLMV 20 com um medidor de fluxo de venturi ou de orifício fixo 500. Como ilustrado, o venturi 500 inclui uma passagem ou porção convergente 502, uma passagem restrita ou porção de garganta 504 (por exemplo, orifício) e uma passagem ou porção divergente 506. O GLMV 20 inclui a válvula de estrangulamento 162 e o sensor de posição 190 para determinar a posição da válvula de estrangulamento 162. O primeiro sensor de pressão 182 pode ser disposto a montante da porção de garganta 504 do venture 500 e o segundo sensor de pressão 184 pode ser disposto a jusante da porção de garganta 504 do venture 500. A vazão através do GLMV 20 pode ser determinada com base na diferença nas leituras de pressão entre os dois sensores de pressão 182, 184 se o coeficiente de fluxo Cv e a gravidade específica SG do gás de elevação forem conhecidos.

[0047] FIG. 13 é um esquema de uma modalidade do GLMV 20 que possui um medidor de fluxo ultrassônico 520. Como ilustrado, o GLMV 20 inclui a válvula de estrangulamento 162 e o sensor de posição 190 para determinar a posição da válvula de estrangulamento 162. O gás de elevação 168 pode fluir através da entrada de fluido 86 e para um caminho de medição ultrassônica 530 a montante de um primeiro transdutor ultrassônico 170. O gás de elevação 168 pode fluir através do percurso de medição ultrassônico 530 na direção de um segundo transdutor ultrassônico 170. Com base na leitura dos transdutores ultrassônicos 170, 170, a vazão do gás de elevação através do GLMV 20 pode ser determinada.

[0048] Uma preocupação em injetar gás em um poço 12 que não está presente ao injetar líquidos é o risco de formação de hidrato. Especificamente, se houver água no gás de elevação sendo injetado (por exemplo, maior que uma quantidade limite), um grande diferencial de pressão através do GLMV 20 pode levar a baixas temperaturas, causando a formação de um tampão de hidrato no sistema de injeção de gás. Desta forma, algumas modalidades do GLMV 20 podem incluir a detecção de água. FIG. 14 é um esquema de uma modalidade do GLMV 20 que possui um sensor de água 550. Como ilustrado, o GLMV 20 inclui a válvula de estrangulamento 162 e o sensor de posição 190, bem como primeiro e segundo sensores de pressão 182, 184 em ambos os lados da válvula 162. Em algumas modalidades, o GLMV 20 também pode incluir um dispositivo de medição de fluxo suplementar 552 (por exemplo, medição de vazão de área variável, orifício fixo, venturi ou sensores ultrassônicos). Ao monitorar a presença de água no gás de elevação utilizando o sensor de água 550 e a pressão através da válvula 162, o GLMV pode tomar medidas para minimizar o risco de formação de tampão de hidrato (por exemplo, abrir gradualmente a válvula 162 para reduzir a pressão diferencial através da válvula 162). Embora na modalidade ilustrada o sensor 550 esteja configurado para detectar água no gás de elevação, em outras modalidades, o sensor 550 pode ser utilizado para detectar outras substâncias no gás de elevação.

[0049] FIG. 15 é um esquema de uma modalidade do sistema de extração de recursos submarinos 10 utilizando o GLMV 20 da FIG. 14Como discutido anteriormente, o gás de elevação 168 é recebido na entrada de fluido 86 do GLMV 20. Os primeiro e segundo sensores de pressão 182, 184, o dispositivo de medição de vazão 170 e o sensor de água 550 podem medir uma ou mais características do gás de elevação 168 que flui através do GLMV 20. O primeiro e segundo sensores de pressão 182, 184, o dispositivo de medição de vazão 170, o sensor de água 550, a válvula 162, o motor 186 e o sensor de posição 190 podem estar em comunicação com um ECM 600 (módulo de controle eletrônico) do controlador 172, que pode receber entrada ou controlar os componentes conectados. O gás de elevação 168 pode sair do GLMV 20 e entrar na coluna de hidrocarbonetos 202. O fluido de produção 402 pode sair da coluna de hidrocarbonetos 202 e fluir através do MPFM 252. As leituras do MPFM 252 podem ser comunicadas ao SCM 406, que pode estar em comunicação com o ECM 600. Desta forma, o ECM pode controlar a válvula 162, entre outras coisas, com base nas leituras do MPFM 252.

[0050] FIG. 16 é um fluxograma de uma modalidade de um processo 650 para a utilização do GLMV 20 para controlar a injeção de gás de elevação. No bloco 652, uma característica do fluido de produção 402 é medida por um ou mais sensores ou dispositivos de medição. A característica pode incluir vazão, temperatura, pressão, densidade, viscosidade, composição de fluido, outras características ou uma combinação das mesmas. Os sensores ou dispositivos de medição podem incluir um ou mais sensores externos 196, sensores internos no GLMV 20 (por exemplo, 160 e 180), o dispositivo de medição 252 (por exemplo, um MPFM), um medidor de vazão ultrassônico, um venturi, uma pressão sensor, um sensor de temperatura, um sensor de composição de fluido, um sensor de viscosidade, um sensor de densidade de fluidos ou qualquer combinação dos mesmos. O feedback do sensor pode ser recebido pelo controlador 172, o controlador 194 (por exemplo, SCM 406, ECM 600, etc. ), o controlador 251, o controlador 301, o controlador 352, ou qualquer combinação dos mesmos, que pode controlar de forma independente ou cooperativa a válvula ajustável 162 do GLMV 20 para ajustar a vazão do gás de elevação 168. Desta forma, no bloco 654, o GLMV 20 pode ser controlado com base no feedback do sensor. Por exemplo, a válvula 162 pode ser aberta ou fechada para aumentar ou diminuir o fluxo do gás de elevação 168 para a coluna de hidrocarbonetos 202.

[0051] No bloco 656, uma primeira pressão é medida por um primeiro sensor de pressão 182 a montante da válvula 162 e uma segunda pressão é medida por um segundo sensor de pressão 184 a jusante da válvula 162. Em algumas modalidades, a primeira e segunda pressões podem ser utilizadas para determinar a vazão do gás de elevação 168 através do GLMV 20. No bloco 658, a presença de água no gás de elevação 168 é monitorada por um sensor de água (por exemplo, um aqua watcher). Em outras modalidades, o sensor 550 pode detectar a presença de substâncias diferentes da composição do gás de elevação. Em outras modalidades, o sensor 550 pode detectar a presença de partículas sólidas, um líquido, outro gás ou uma combinação dos mesmos. Com base na presença de água no gás de elevação 168 e na diferença entre a primeira e a segunda pressão, pode ser estimada uma probabilidade de um tampão de hidrato (bloco 660). No bloco 662, se a probabilidade estiver abaixo de um valor limite, o processo 650 pode retornar ao bloco 652. Se a probabilidade estiver acima do valor limite, um ou mais controladores (por exemplo, 172, 194, 251, 301, 352, 406, 600, etc. ) podem controlar a válvula 162 para reduzir a probabilidade de um tampão de hidrato (bloco 664). O processo 650 pode então retornar ao bloco 652.

[0052] Como discutido em detalhes anteriormente, as modalidades divulgadas incluem um sistema de injeção de fluido 20 (por exemplo, um GLMV) em comunicação com vários sensores externos (por exemplo, 196) separado do sistema de injeção de fluido 20, em que um controlador é configurado para controlar a injeção de fluido sistema 20 em resposta ao feedback dos sensores. Por exemplo, o sistema de injeção de fluido 20 pode injetar gás de elevação no fundo de uma coluna de hidrocarbonetos de um poço com base no feedback de um MPFM que mede uma ou mais características do fluxo de exportação do poço para aumentar a produção. Em algumas modalidades, o GLMV também pode ter um sensor para detectar substâncias dentro do gás de elevação. Por exemplo, o GLMV pode ser configurado para detectar a presença de vapor de água dentro do gás de elevação e tomar medidas para diminuir o risco de formação de um tampão de hidrato quando as condições medidas forem favoráveis a um tampão de hidrato. Consequentemente, as modalidades divulgadas oferecem um sistema de circuito fechado para gerir a injeção de gás de elevação. Além disso, as características mostradas nas FIGS. 1 a 16 se destinam a ser utilizadas em qualquer combinação entre si.

[0053] Embora o assunto em questão divulgado possa ser suscetível a várias modificações e formas alternativas, modalidades específicas foram mostradas a título de exemplo nos desenhos e foram descritas em detalhes neste documento. No entanto, deve-se entender que o assunto reivindicado não se destina a ser limitado pelas formas particulares divulgadas. Pelo contrário, o assunto em questão reivindicado deve cobrir todas as modificações, equivalentes e alternativas que caem dentro do espírito e escopo da divulgação como definidos pelas reivindicações anexas.

Claims (25)

1. Sistema caracterizado pelo fato de que compreende: um sistema de injeção de fluido (20) configurado para injetar um fluido em um poço (12), em que o sistema de injeção de fluido compreende uma unidade recuperável (99, 166) compreendendo: um alojamento (62) compreendendo um conector elétrico (96), uma entrada de fluido (86), uma saída de fluido (88), e um caminho de fluido entre a entrada de fluido (86) e a saída de fluido (88), em que a unidade recuperável (99, 166) é configurada para acoplar removivelmente o conector elétrico, a entrada de fluido (86) , e a saída de fluido (88) com um conector elétrico correspondente (140), um primeiro orifício de fluido correspondente (142), e um segundo orifício de fluido correspondente (144), respectivamente; uma válvula (162) disposta no alojamento ao longo do caminho de fluido; um medidor de fluxo (160) disposto no alojamento ao longo do caminho de fluido; um primeiro sensor (196) disposto fora do alojamento (62) e separado da unidade recuperável (99, 166) do sistema de injeção de fluido, em que um primeiro controlador (194) do sistema é configurado para ajustar pelo menos um parâmetro do sistema de injeção de fluido em resposta ao feedback do primeiro sensor (196); e um módulo de processo recuperável (250) tendo a unidade recuperável (99, 166) e um componente de medição separado (252), em que a unidade recuperável (250) e o componente de medição separado (252) são recuperáveis independentemente, e o componente de medição separado (252) está em comunicação fluida com o caminho de fluido da unidade recuperável (99, 166).

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro controlador (194) é separado do sistema de injeção de fluido.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro controlador (194) é disposto no alojamento do sistema de injeção de fluido.

4. Sistema, de acordo a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um segundo controlador (172) configurado para comunicar com o primeiro controlador (194), em que um do primeiro ou do segundo controlador está separado do sistema de injeção de fluido, e outro do primeiro ou do segundo controlador está disposto no alojamento do sistema de injeção fluido.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de injeção de fluido (20) compreende um sistema de injeção de gás, a entrada de fluido (86) compreende uma entrada de gás, a saída de fluido (88) compreende uma saída de gás, e o caminho de fluido compreende um caminho de gás.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o primeiro controlador (194) é configurado para controlar o sistema de injeção de gás para ajustar uma densidade de um fluido de produção em resposta ao feedback do primeiro sensor (196).

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o primeiro sensor (196) compreende um medidor de fluxo multifásico.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o primeiro sensor (196) compreende um sensor de temperatura, um sensor de pressão, um medidor de fluxo, um sensor de composição de fluido, um sensor de densidade ou qualquer combinação dos mesmos.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o medidor de fluxo (160) compreende um medidor de fluxo ultrassônico (170).

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o medidor de fluxo (160) compreende um medidor de fluxo Venturi (500), um medidor de fluxo de diferencial de pressão (182, 184), ou um medidor de fluxo de área variável.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade recuperável compreende: um segundo sensor (196) disposto no alojamento ao longo do caminho de fluido para medir um teor de água em um fluxo do fluido; um primeiro sensor de pressão (182) disposto no alojamento ao longo do caminho de fluido a montante da válvula (162); um segundo sensor de pressão (184) disposto no alojamento ao longo do caminho de fluido a jusante da válvula (162); em que o primeiro controlador (194) do sistema é configurado para determinar a probabilidade de um tampão de hidrato ao longo do caminho de fluido no alojamento com base, pelo menos em parte, nos sinais recebidos do segundo sensor, do primeiro sensor de pressão (182) e do segundo sensor de pressão (184), em que o primeiro controlador (194) é configurado para ajustar pelo menos um parâmetro do sistema de injeção de fluido em resposta ao feedback do primeiro sensor e a probabilidade do tampão de hidrato.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o primeiro controlador (194) é configurado para abrir a válvula para reduzir um diferencial de pressão através da válvula para reduzir a probabilidade do tampão de hidrato.

13. Sistema caracterizado pelo fato de que compreende: um sistema de injeção de gás configurado para injetar um gás em um poço (12) para intensificar fluxo de um fluido de produção do poço, em que o sistema de injeção de gás compreende uma unidade recuperável compreendendo: um alojamento (62) compreendendo um conector elétrico (96), uma entrada de gás (86), uma saída de gás (88), e um caminho de gás entre a entrada de gás (86) e a saída de gás (88), em que a unidade recuperável (99, 166) é configurada para acoplar removivelmente o conector elétrico (96), a entrada de gás (86), e a saída de gás (88) com um conector elétrico correspondente (140), um primeiro orifício de gás correspondente (142), e um segundo orifício de gás correspondente (144), respectivamente; uma válvula (162) disposta no alojamento ao longo do caminho de gás; um medidor de fluxo (160) disposto no alojamento ao longo do caminho do gás; um primeiro sensor (196) disposto no alojamento (62) ao longo do caminho de gás para medir um teor de água em um fluxo do gás; um primeiro sensor de pressão (182) disposto no alojamento ao longo do caminho de gás a montante da válvula (162); um segundo sensor de pressão (184) disposto no alojamento ao longo do caminho de gás a jusante da válvula (162); um primeiro controlador (194) configurado para: receber sinais do primeiro sensor (196), do primeiro sensor de pressão (182) e do segundo sensor de pressão (184), determinar uma probabilidade de um tampão de hidrato ao longo do caminho de gás no alojamento com base, pelo menos em parte, nos sinais recebidos do primeiro sensor, do primeiro sensor de pressão (182), e do segundo sensor de pressão (184), ajustar pelo menos um parâmetro do sistema de injeção de gás em resposta ao feedback de pelo menos um sensor, em que o feedback é indicativo de pelo menos uma substância em um fluxo do gás, um parâmetro do fluxo do fluido de produção ou uma combinação dos mesmos, ajustar pelo menos um parâmetro do sistema de injeção de gás em resposta à probabilidade do tampão de hidrato ao longo do caminho de gás no alojamento; e um módulo de processo recuperável (250) tendo a unidade recuperável e um componente de medição separado, em que a unidade recuperável e o componente de medição (252) separado são recuperáveis independentemente, e o componente de medição separado está em comunicação fluida com o caminho de gás da unidade recuperável.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende um coletor de distribuição de gás de elevação tendo uma pluralidade de unidades recuperáveis do sistema de injeção de gás.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o sistema de injeção de gás é configurado para determinar uma relação água-gás no fluxo do gás com base pelo menos no teor de água medido pelo primeiro sensor.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o primeiro controlador (194) é configurado para ajustar o pelo menos um parâmetro compreendendo ajustar a válvula (162) em resposta à probabilidade do tampão de hidrato ao longo do caminho de gás no alojamento.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o primeiro controlador (194) é configurado para abrir a válvula (162) para reduzir um diferencial de pressão através da válvula para reduzir a probabilidade do tampão de hidrato.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende um segundo sensor configurado para medir o parâmetro do fluxo do fluido de produção, em que o primeiro controlador (194) é configurado para ajustar pelo menos um parâmetro do sistema de injeção de gás em resposta ao feedback do segundo sensor.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o parâmetro do fluxo do fluido de produção compreende uma densidade do fluido de produção, uma taxa de fluxo do fluido de produção, ou uma combinação dos mesmos.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende um segundo sensor disposto fora do alojamento e separado da unidade recuperável do sistema de injeção de fluido, em que o primeiro controlador (194) é configurado para ajustar pelo menos um parâmetro do sistema de injeção de gás em resposta ao feedback do segundo sensor.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o primeiro controlador (194) é separado da unidade recuperável do sistema de injeção de gás.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o primeiro controlador (194) é disposto no alojamento da unidade recuperável do sistema de injeção de gás.

23. Sistema, de acordo a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende um segundo controlador (172) configurado para comunicar com o primeiro controlador (194), em que um do primeiro ou do segundo controlador está separado da unidade recuperável do sistema de injeção de gás, e outro do primeiro ou do segundo controlador está disposto no alojamento da unidade recuperável do sistema de injeção gás.

24. Método caracterizado pelo fato de que compreende: monitorar um sensor (196) configurado para medir uma ou mais características de um fluido de produção; e controlar um sistema de injeção de gás com base nos sinais recebidos do sensor (196), em que o sistema de injeção de gás é configurado para injetar um gás em um poço (12) para intensificar fluxo do fluido de produção do poço, e o sistema de injeção de gás compreende uma unidade recuperável (99, 166) compreendendo: um alojamento compreendendo um conector elétrico (96), uma entrada de gás (86), uma saída de gás (88), e um caminho de gás entre a entrada de gás (86) e a saída de gás (88), em que a unidade recuperável (99, 166) é configurada para acoplar removivelmente o conector elétrico (96), a entrada de gás (86), e a saída de gás (88) com um conector elétrico correspondente (140), um primeiro orifício de gás correspondente (142), e um segundo orifício de gás correspondente (144), respectivamente; uma válvula (162) disposta no alojamento ao longo do caminho de gás; e um medidor de fluxo (160) disposto no alojamento ao longo do caminho de gás, em que o sensor (196) está disposto fora do alojamento (62) e separado da unidade recuperável (99, 166) do sistema de injeção de gás, em que um módulo de processo recuperável (250) compreende a unidade recuperável (99, 166) e um componente de medição separado (252), em que a unidade recuperável (99, 166) e o componente de medição separado (252) são recuperáveis independentemente, e o componente de medição separado (252) está em comunicação fluida com o caminho de gás da unidade recuperável (99, 166).

25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que compreende: medir uma primeira pressão ao longo do caminho do gás a montante da válvula (162) no alojamento (62) da unidade recuperável (99, 166); medir uma segunda pressão ao longo do caminho do gás a jusante da válvula (162) no alojamento (62) da unidade recuperável (99, 166); monitorar uma quantidade de água ao longo do caminho do gás no alojamento da unidade recuperável; determinar uma probabilidade de um tampão de hidrato ao longo do caminho do gás no alojamento da unidade recuperável com base na primeira pressão, na segunda pressão e na quantidade de água; e controlar o sistema de injeção de gás para reduzir a probabilidade do tampão de hidrato, em que o controle compreende abrir a válvula (162) para reduzir um diferencial de pressão através da válvula (162) para reduzir a probabilidade do tampão de hidrato.